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Estimation du gisement de biomasse issue de résidus de
cultures et la perspective de valorisation énergétique en
Poitou-Charentes
Charlotte Duquesnes, Côme Molin
To cite this version:
Charlotte Duquesnes, Côme Molin. Estimation du gisement de biomasse issue de résidus de cultures et la perspective de valorisation énergétique en Poitou-Charentes. [Stage] France. AgroParisTech, FRA. 2008, 33 p. �hal-02821596�
Charlotte
Duquesne Novembre2007-Février
2008
Côme Molin
Projet ingénieur
Estimation du gisement de biomasse
issue de résidus de cultures et la
perspective de valorisation énergétique en
Poitou-Charentes
Commanditaires : Chambre régionale d’agriculture de
Poitou-Charentes
INTRODUCTION
Partie 1 : Valorisation énergétique de la paille de céréales
1.
Situation de la filière paille actuellement en Poitou-Charentes 6
1.1.
Estimation de la paille produite à partir des données statistiques ... 6
1.1.1. Démarche ... 6
1.1.2. Calculs des gisements potentiels de pailles ... 6
1.2.
Localisation du gisement potentiel en pailles de céréales ... 7
1.2.1. Cartographie du gisement potentiellement disponible ... 7
1.2.2. Discussion ... 8
1.3.
Destination actuelle des pailles de céréales : les élevages intra et extra
régionaux ... 8
2.
Freins et leviers a priori d’une réorientation des pailles vers une filière
énergétique 10
2.1.
Les freins au niveau de l’exploitation ... 10
2.1.1. L’intérêt agronomique des pailles ... 10
2.1.2. Contraintes organisationnelles et techniques d’enfouissement des pailles .... 13
2.2.
Au niveau du territoire et de la filière ... 14
2.2.1. Le marché opaque de la paille ... 14
2.2.2. L’importance de l’élevage ... 14
3.
Quelles perspectives de valorisation de la paille en énergie ? 16
3.1.
Contraintes présentées par les structures de valorisation énergétique .... 16
3.1.1. La Méthanisation ... 16
3.1.2. La combustion ... 16
3.2.
Estimation de la quantité de pailles disponible pour une valorisation
énergétique ... 17
3.3.
Les projets de valorisation en cours en Poitou-Charentes ... 18
3.3.1. Méthanisation ... 18
3.3.2. Chaudières ... 18
3.3.3. Cogénération ... 18
Partie 2 : Valorisation énergétique des sarments de vigne
1.
Situation de la filière sarments actuellement en Poitou-Charentes 20
1.1.
Localisation du gisement potentiel ... 20
1.2.
Estimation de la quantité de sarments produite ... 20
1.2.1. a) superficie en vigne ... 20
1.2.2. rendements en sarments par hectare ... 21
1.2.3. comparaison avec les données de Solagro ... 21
1.3.
Destination de cette biomasse ... 22
2.
Les possibilités de réorientation vers une filière énergétique : les freins et
leviers et les questions posées 22
2.1.
Valorisation énergétique ... 22
2.2.
freins au niveau de l'exploitation ... 23
2.2.1. intérêts agronomiques des sarments ... 23
2.2.2. contraintes organisationnelles ... 23
2.3.
freins au niveau du territoire et de la filière ... 23
2.3.1. contraintes organisationnelles ... 23
2.3.2. nocivité des sarments et pollution ... 24
3.
Projets de valorisation des sarments de vigne 25
3.1.
en Poitou-Charentes ... 25
3.2.
dans les autres régions ... 25
Partie 3 : Valorisation énergétique des cannes de maïs grain
1.
Situation de la filière cannes de maïs actuellement en Poitou-Charentes 26
1.1.
Localisation du gisement potentiel en fonction des caractéristiques des
sols 26
1.2.
Estimation de la quantité de biomasse produite ... 27
1.2.1. superficie en maïs ... 27
1.2.2. estimation du rendement ... 27
1.2.3. comparaison avec les données de Solagro ... 28
2.
Les possibilités de réorientation vers une filière énergétique : freins et leviers
et les questions posées 28
2.1.
freins à l'échelle de l'exploitation ... 28
2.1.1. contraintes organisationnelles ... 28
2.1.2. intérêt agronomique des cannes... 28
2.2.
Freins au niveau du territoire et de la filière ... 29
2.2.1. devenir de l'irrigation ... 29
2.2.2. contraintes organisationnelles ... 29
3.
Les projets en cours 29
3.1.
en Poitou-Charentes ... 29
3.2.
en France ... 29
INTRODUCTION
Dans le cadre de sa politique d’excellence environnementale et de son objectif d’utilisation de 1,6 millions de tonnes de biomasse à vocation énergétique d’ici 2010, la région Poitou-Charentes a commandé à l’association Solagro une étude évaluant la disponibilité de tous les types de biomasse possiblement valorisables en énergie, ainsi que les besoins énergétiques susceptibles d’être couverts par cette biomasse. Sortie et présentée en septembre 2007, cette étude n’a pas totalement convaincu Jean-Luc Fort et de Géraldine Mottet de la CRA de Poitou-Charentes.
Suite à leur demande, et loin d’avoir la prétention de refaire le travail de ce bureau d’études, le but de notre rapport a été d’évaluer les gisements en biomasse en les comparant à ceux de l’étude de Solagro. Par ailleurs, nous avons cherché à soulever les freins et leviers à la valorisation énergétique de la biomasse mis en évidence en Poitou-Charentes, à travers la documentation et les entretiens téléphoniques que nous avons eus avec différentes personnes impliquées de près ou de loin dans l’agriculture et les énergies renouvelables.
Nous avons choisi, en accord avec nos commanditaires, de baser notre étude sur trois types de biomasse qui nous ont paru, suite à des recherches préalables, plus susceptibles d’être valorisés en énergie dans la région Poitou-Charentes. Il s’agit des pailles de céréales, des cannes de maïs grain et des sarments de vignes.
Problématiques générales
Ainsi, pour ces trois types de résidus, nous avons alors tenté de répondre aux questions que nous nous étions posées avec les commanditaires, à savoir :
Quelles sont les potentialités des résidus considérés pour une valorisation énergétique en terme de quantités ?
Quelles sont les contraintes imposées par cette valorisation à l’échelle de la parcelle, de l’exploitation, de la filière ?
En quoi ces contraintes influent-elles sur les quantités potentiellement disponibles pour une valorisation énergétique ?
Est-il possible de contrecarrer certaines de ces contraintes ? Par quels moyens ?
Méthodologie
Pour ce faire, nous avons défini notre travail selon trois axes :
1) Estimer et localiser par cartographie le gisement de chaque type de résidus de culture, comparer nos résultats d’estimation avec ceux de Solagro et essayer de définir l’origine de ces différences (NB : initialement, notre travail devait se baser sur cette étude dont nous n’avons eu finalement que la version synthétique).
2) Déterminer l’existence et la nature d’installations fonctionnelles ou de projets d’installations de valorisation énergétique dans la région.
3) Déterminer les freins et les leviers à la mise en place de ces installations, à différentes échelles.
Ces trois axes ont orienté les types de sources d’information dont nous avions besoin, comme l’illustre le schéma ci-dessous :
Notre travail a débuté par l’estimation des gisements, en parallèle avec les recherches sur les installations ou les projets de valorisation énergétique. Les discussions avec nos interlocuteurs sur ce sujet nous ont permis de distinguer les principaux freins et leviers à l’utilisation de chacun des types de résidus en énergie, et de nous réorienter vers les personnes plus spécialisées selon le type de facteurs mis en cause (agricole, technique, économique…) pour approfondir ces questions.
Nous avons alors plus concentré nos efforts sur la détermination de ces freins et leviers, et leurs causes. Certaines de ces limites nous ont fait moduler nos estimations de gisements, en fonction des hypothèses apparaissant dans notre raisonnement.
Nous précisons ici que nous n’avons pas considéré les aspects purement techniques concernant les procédés de valorisation énergétique (rendements énergétiques…).
Données statistiques de la DRAF Données RGA 2000
Logiciel ArcGIS
Dires d’experts (FRCA) Synthèse de l’étude Solagro
Entretiens téléphoniques :
Chargés des Agro-ressources de Chambres Départementales d’Agriculture
Pôle des Eco-industries de Poitou-Charentes Porteurs de projet à l’échelle du département
Synthèse de l’étude Solagro Entretiens téléphoniques :
Spécialistes dans les Chambres d’Agriculture et associations Agriculteurs, entrepreneurs de travaux agricoles
Coopératives, négociants, éventuellement vendeurs indépendants de résidus
Organismes de recherche : Inra, Ademe, Arvalis
Entreprises en lien avec des installations ou des projets de valorisation énergétique
Existence d’installations de valorisation énergétique ou de projets en Poitou-Charentes (ou ailleurs)
Estimation du gisement de tel type de résidu et cartographie
Freins et leviers à la valorisation énergétique des résidus de culture
Partie 1 : Valorisation énergétique de la paille de céréales
1. Situation de la filière paille actuellement en Poitou-Charentes
1.1. Estimation de la paille produite à partir des données statistiques
1.1.1. Démarche
Un de nos objectifs était de comparer les résultats de Solagro avec nos propres estimations, et éventuellement de mettre en évidence les causes des possibles divergences. Nous avons raisonné nos calculs en intégrant progressivement les facteurs « consommateurs » de pailles : élevages de la région, export hors région, et maintien de la teneur en matière organique des sols.
A partir des données statistiques agricoles de la DRAF de Poitou-Charentes, nous avons pu estimer le gisement en pailles dans la région. Afin d’être le plus précis possible, nous avons voulu commencer nos calculs à partir des données de surfaces cantonales des déclarations PAC de 2006, pour le blé tendre, le blé dur, l’avoine, l’orge, le seigle et le triticale. Cependant, les données de rendements n’étaient disponibles qu’au niveau départemental (toujours pour l’année 2006). Nous avons donc calculé les productions en multipliant des surfaces cantonales à des rendements départementaux, ce qui peut apporter un biais à nos estimations.
Par la suite, nous avions la possibilité de calculer le gisement potentiel de paille de 3 façons différentes :
en utilisant le rapport paille/grain propre à chaque espèce de céréale à paille et en faisant la somme des productions pour chaque type de céréale (méthode 1),
en utilisant le rendement de paille (en t/ha) propre à chaque espèce de céréales (méthode 2), en utilisant indifféremment le rendement en paille (en t/ha) du blé (méthode 3), car c’est la
céréale majoritaire, ce qui rend les calculs plus simples mais moins précis.
Nous avons utilisé la première méthode pour effectuer nos calculs, après discussion avec nos commanditaires.
Les rapports paille/grain pour les espèces que nous considérons sont :
Blés dur et tendre Avoine Orge Seigle Triticale Pourcentage du poids de la paille
par rapport au poids de grains
50% 60% 40% 50% 50%
Source : S. Minette, CRA PC ; approuvé par T.Doré
A dires d’experts, pour une hauteur moyenne de paille de 90 cm, on peut fixer en moyenne une coupe à environ 15 cm du sol.
Il est clair que notre estimation comporte beaucoup d’approximations étant donné qu’on se place à une échelle assez vaste et sans données contrastées. On néglige notamment variations variétales au sein des différentes espèces de céréales, alors qu’elles peuvent être importantes.
De même les aléas climatiques peuvent faire varier la production d’une année sur l’autre.
Nous insistons aussi sur le fait que les gisements estimés sont des gisements potentiels, considérant que toutes les pailles sont exportées, sans prise en compte des facteurs agronomiques que nous développerons par la suite.
1.1.2. Calculs des gisements potentiels de pailles
D’après les données DRAF, nous avons calculé la production en céréales de la région pour 2006, présentée ci-dessous :
TOTAL CEREALES À PAILLE* Charente Charente Maritime Deux-Sèvres Vienne TOTAL Région Rendement global (qtx/ha)
Total superficie (ha) 89660 144140 131569 173819 539188 Production (qtx) 1527769 3041603 1871848 2421557 8862776
Production (%) 17,3 34,3 21,1 27,3 100
On obtient une production en paille telle que dans le tableau ci-dessous :
TOTAL ESTIMÉ PAILLE méthode 1 Charente Charente Maritime Deux-Sèvres Vienne TOTAL Région Production (qtx) 2477393 4145941 3933088 5048157 15604579 Production (t) 247739 414594 393309 504816 1560458
Production (%) 16 26,5 25,2 32,3 100
Soit un total d’environ 1,56 millions de tonnes de pailles pour l’année 2006.
On remarque que c’est en Charente-Maritime que la proportion de surfaces en céréales était la plus grande, mais que c’est dans la Vienne que le gisement potentiel de pailles apparaît le plus élevé. Ceci peut s’expliquer par des productions en blé tendre et en avoine supérieures dans la Vienne.
La synthèse de l’étude Solagro présente un gisement total en équivalent MO de 1,593 million de tonnes, ce qui correspond, , à une production de 1,69 million de tonnes de pailles (en matière sèche)(selon leur hypothèse, 3,5t de matière sèche par hectare = 3,3t de matière organique par hectare).
TOTAL ESTIME PAILLE SOLAGRO
TOTAL Région
Equivalent MO (103 t) 1593 Production (t de MS) 1690000
Source : SOLAGRO
On constate que l’ordre de grandeur reste le même mais qu’il y a une différence de 130 000 tonnes de pailles.
Ceci peut s’expliquer par :
L’utilisation de deux méthodes différentes : celle de Solagro utilisant indifféremment de l’espèce de céréales le rendement de 3,5 t de MS/ha, alors que nous distinguons dans notre méthode les espèces de céréales dans leurs rapports paille/grain.
Des données de départ différentes : nous avons utilisé des rendements départementaux et des surfaces cantonales pour l’année 2006, mais ne connaissons pas le type de données sur lesquelles s’est basé Solagro, même si nous pensons qu’il doit s’agir de données DRAF 2006. Peut-être ont-ils utilisé une même valeur de rendement pour tous les départements ?
De même, on peut s’interroger sur les types de céréales à pailles qu’ils ont choisi dans leur calcul car ce n’est pas précisé dans leur synthèse.
De même, François Poirson du FRCA P-C et Jean-Guy Valette du Syndicat du Négoce Centre-Atlantique, en collaboration avec Arvalis, nous ont transmis les chiffres suivants, moyennes des données de surfaces en céréales de 2004, 2005 et 2006 :
Le gisement total est alors estimé à 1,87 millions de tonnes de pailles. On peut considérer cette estimation plus grossière que la nôtre car dans cette étude, Arvalis a utilisé indifféremment la valeur de rendement en paille de 3,5t de matière sèche par hectare, mais là encore on retrouve le même ordre de grandeur.
Cependant, ces chiffres sont à mettre au regard des autres utilisations potentielles des pailles notamment l’élevage intra et extra régional, grand consommateur, et une éventuelle valorisation énergétique.
1.2. Localisation du gisement potentiel en pailles de céréales
1.2.1. Cartographie du gisement potentiellement disponible
TOTAL ESTIME PAILLE Charente Charente Maritime Deux-Sèvres Vienne TOTAL Région Production (t) 312000 496000 461000 605000 1874000
A partir des données chiffrées que nous avons développées précédemment, nous avons pu cartographier le gisement potentiel en pailles sur la région en prenant en compte les surfaces en céréales et en faisant l’hypothèse que toutes les pailles étaient exportées l’année donnée (ici 2006). Avec le logiciel ArcGis, en rentrant les données de productions cantonales, nous obtenons la carte suivante :
1.2.2. Discussion
La carte montre que les productions potentielles de pailles de céréales sont les plus importantes dans la Vienne (représentée par Poitiers et Châtellerault), et la Charente-Maritime (représentée par La Rochelle et Saintes). On constate également une concentration des surfaces en céréales au centre de la région, comprenant le sud du département des Deux-Sèvres et le nord du département de la Charente.
Cette première carte nous permet de visualiser dans un premier temps les zones de gisements potentiels en paille. Nous pouvons nous demander si cette carte reflète la réalité, dans le sens où les zones à fort potentiel correspondent ou non aux zones de plus fortes productions (exportations) réelles.
1.3. Destination actuelle des pailles de céréales : les élevages intra et extra
régionaux
Les élevages, notamment hors-sol, sont nombreux en Poitou-Charentes en général, et en particulier dans les Deux-Sèvres, qui représentent à eux seuls 40 % de la production de lait de vache, 60 % du
lait de chèvres, 50 % des bovins viande, 40 % des ovins de la Région Poitou-Charente, et en hors-sol 75 % des exploitations avicoles, 90 % des poulets et 60 % des œufs produits dans la région. C’est pourquoi la paille est un produit recherché.
Il semble que la situation entre les volumes de paille disponibles et les besoins pour les élevages de la région soit à l’équilibre. En effet, la paille de Poitou-Charentes est aussi habituellement exportée vers les régions d’élevage limitrophes comme le Pays de Loire, le Centre, le Massif Central, la Bretagne, la Normandie et même les Pyrénées.
Le marché de la paille n’étant ni organisé ni contrôlé par un organisme fédérateur (au moins au niveau régional), il existe très peu de données sur les volumes échangés. Arvalis, dans l’étude citée précédemment, a pu estimer les besoins pour les élevages de la région et les quantités exportées hors région, résumés dans le tableau suivant :
Estimation Arvalis-FRCA Charente Charente-Maritime Deux-Sèvres Vienne TOTAL Région Potentiel en paille (t/an) 312 000 496 000 461 000 605 000 1 874 000 Besoins en paille pour
l’élevage (t/an)
155 000 100 000 415 000 240 000 910 000 Export hors région (t/an) NR NR NR NR 183 330
Potentiel – (besoins élevage +export hors région) (t/an)
/ / / / 780 670
NR : Non renseigné
Solagro a, pour sa part, fait les mêmes estimations pour la région entière :
Estimation Solagro TOTAL Région POTENTIEL en paille (t/an) 1 690 000 BESOINS en paille pour l'élevage (t/an) 585 000 EXPORTS HORS REGION (t/an) 175 000
Potentiel – (besoins élevage +export hors région) (t/an) 930 000
Commentaires et comparaison
Solagro dans son étude, estime à 165 000 tonnes, en équivalent de matière organique, la quantité de pailles exportée hors région, soit, selon leur hypothèse, l’équivalent de 175 000 tonnes de matière sèche. A 80 000 tonnes près, on retrouve le résultat de l’étude Arvalis. Nous nous interrogeons sur la manière dont a été faite cette estimation, sachant que, comme nous le verrons plus tard, la filière paille n’est pas organisée, et les quantités échangées ne sont pas répertoriées.
Par ailleurs, il est à noter que les pailles destinées aux élevages de la région peuvent être restituées à la parcelle sous forme de fumier. C’est d’ailleurs ce qu’à fait Solagro en incluant cette quantité dans son gisement « fumier et litières », évaluée à 585 000 tonnes de MO, soit tonnes de MS. Il y a donc une différence de 325 000 tonnes de MS entre l’estimation de Arvalis et celle de Solagro.
Cette fraction « fumier et litières » définies par Solagro est censée revenir au sol, ce qui aura son importance lorsque nous soulèverons les conditions d’exportation des pailles hors de la parcelle pour des raisons agronomiques (cf. 2.2.1.a)).
Enfin, les quantités de pailles mentionnées sur la dernière ligne de chacun des tableaux correspondent à la quantité de pailles susceptibles d’être disponible après soustraction de celle destinée à son principal usage, l’élevage, intra et extra-régional.
Cette quantité correspond-elle à ce qui est disponible pour une éventuelle valorisation énergétique, ou bien y a-t-il d’autres facteurs entrant en jeu cette estimation ?
C’est ce à quoi nous allons tenter de répondre en évoquant les différents freins et leviers que nous avons décelés.
2. Freins et leviers a priori d’une réorientation des pailles vers une filière
énergétique
2.1. Les freins au niveau de l’exploitation
2.1.1. L’intérêt agronomique des pailles
Caractéristiques fertilisantes et amendantes des pailles
En enlevant les pailles de la parcelle, on exporte des quantités non négligeables d'éléments minéraux qu'il faudra compenser par des apports d'engrais. Connaissant la composition moyenne des pailles, on pourrait calculer leur "valeur minérale", c'est-à-dire le coût de la fumure nécessaire pour compenser l'enlèvement de ces pailles.
Eléments minéraux Teneur par tonne de matière sèche (kg)
Quantité pour 3,5t/ha de pailles exportées (en éléments) (kg) Azote (N) 6,0 21,0 Phosphore (P) 0,8 2,8 Potassium (K) 10,0 35,0 Magnésium (Mg) 0,5 1,75 Calcium (Ca) 3,0 10,5 Soufre (S) 1,6 5,6 Cuivre (Cu) 2,8*10-3 9,8*10-3 Manganèse (Mn) 25,0*10-3 87,5*10-3 Zinc (Zn) 9,0*10-3 31,5*10-3 Fer (Fe) 154,0*10-3 539,0*10-3
L'exportation des pailles se traduit surtout par une exportation de potassium (tableau précédent). Les cendres de paille sont très riches en éléments minéraux, et particulièrement en potassium. En réincorporant ces cendres dans les parcelles, on restitue du même coup le potassium et les autres éléments minéraux. L'incinération des pailles produit une grande quantité de cendres, cendres qu'il sera nécessaire de valoriser.
Ainsi, sans possibilité de restitution de ces éléments minéraux, il faudrait compenser l’exportation des pailles par des apports d’engrais chimiques. En fonction du prix de la paille et du coût des engrais d’une part, et du coût d’enfouissement des pailles d’autre part, il sera plus ou moins intéressant pour l’agriculteur de vendre ses pailles.
Par ailleurs, il faut aussi prendre en compte la perte en humus et le temps de travail supplémentaire. Car outre cet aspect "équivalent-engrais", la restitution des pailles au sol joue un grand rôle sur l'entretien du stock des matières organiques (MO) du sol. L'exportation des pailles dans le but d'une valorisation énergétique aura donc une incidence sur la quantité d'humus des sols. Il est à noter que la restitution des pailles au sol a pour effet une augmentation de sa stabilité structurale, une diminution de sa sensibilité à la compaction et une immobilisation de l'azote dans le sol, donc une diminution des fuites de nitrates.
Dans les zones où les sols ont une faible teneur en matière organique, l’enfouissement des pailles a une importance particulière. A l’inverse, l’exportation est conseillée sur les sols trop froids voire gelés sur lesquels les pailles ne peuvent s’humifier, et peuvent être alors vectrices de maladies par le développement de champignons et de mycotoxines.
Si l’enfouissement des pailles permet de limiter les risques de battance et de tassement des sols, ceux-ci ne peuvent minéraliser sur l’année la totalité de l’humus incorporé. La décision d’exporter ou non une partie des pailles doit tenir compte : du bilan humique, du type de sol, du système de cultures, de l’évaluation des risques de battance et de tassement, de l’importance de l’azote post-récolte, du type de travail du sol, de la présence ou non de cultures intermédiaires, de jachère longue durée.
A dires d’experts, il est conseillé de n’exporter généralement qu’une paille sur 3 pour maintenir un taux suffisant en MO dans le sol. Cependant, dans certaines régions très productrices, les pailles sont exportées tous les ans. Les agriculteurs compensent la perte en minéraux induite par l’exportation des
pailles, mais pas forcément la perte en matière organique. Une enquête de terrain serait nécessaire pour déterminer concrètement les pratiques des agriculteurs en Poitou-Charentes.
Il est également possible d’avoir une idée du bilan humique des sols sur une zone donnée par la méthode de Hénin-Dupuis. Certaines études poussées ont été effectuées à ce sujet à l’échelle cantonale, notamment dans la région Centre, afin d’évaluer finement les teneurs en matière organique des sols, complétée par des enquêtes auprès des agriculteurs afin de déterminer leurs pratiques et d’éventuellement les réorienter.
Quelle est la fréquence d’exportation idéale, compte tenu des apport en minéraux et en
MO que les pailles peuvent représenter en fonction des types de sol de la région ?
Quelles seraient les conséquences d’une exportation des pailles tous les ans sur la
structure des sols ?
A quelle échelle une telle expertise serait-elle la plus judicieuse ?
Les assolements dans la région permettent-ils des exportations tous les ans?
(comment s’organisent-ils globalement ?)
Qu’en est-il en réalité chez les agriculteurs : respectent-ils ces fréquence ou l’intérêt
économique de la vente ou l’utilisation personnelle de pailles prévaut-il (en fonction de la « valeur » minérale et organique des pailles?
Différenciation cartographique des possibilités d’exportation des pailles hors de la parcelle, en fonction du type de sols
Nous avons essayé, à partir d’une typologie schématique de la teneur en matière organique des sols de la région, de différencier cartographiquement les zones où il était pertinent ou non d’exporter les pailles, afin de maintenir cette teneur à un niveau agronomique correct.
La finalité de cette démarche est de définir pour chaque type de sols une fréquence d’exportation, pour évaluer la quantité de pailles possiblement exportable du champ. Nous pourrons alors donner une estimation de la quantité de pailles valorisables en énergie.
Bien sûr, cette estimation sera approximative car à l’intérieur même d’une classe de sols, il existe des variations. De plus, la teneur en matière organique des sols est le critère premier de cette typologie mais d’autres facteurs sont susceptibles d’être pris en compte.
De même, il faudra moduler ce chiffre en fonction du type d’utilisation des pailles, comme nous le verrons dans la partie 3.2..
Explication de la typologie
A dire d’experts, on distingue schématiquement 3 types de sols en Poitou-Charentes :
Les sols « argilo-calcaires », peu profonds, présentant un faible risque de battance, sur lesquels les pailles peuvent être exportées tous les ans vert
Les sols hydromorphes variés sur lesquels on prévoit l’exportation d’une paille sur 3 jaune Les sols limoneux, battants car à faible taux de matière organique, sur lesquels aucune
exportation de paille n’est conseillé si l’on ne veut pas dégrader le déjà faible taux de matière organique rouge
La règle de décision associée à cette typologie cherche à concilier au mieux la théorie et la pratique, sachant que certains agriculteurs, comme évoqué précédemment, exporte indifféremment la paille tous les ans, même si cela n’est conseillé de le faire qu’une seule année sur 3 (si on considère une même parcelle).
Cartes et résultats
On constate sur la carte de la typologie des sols en fonction de leur teneur en matière organique que les sols les plus pauvres en matière organique sont globalement situés dans les Deux-Sèvres, à l’est de la Vienne, et au nord-est de la Charente.
Par la suite, sous Arc gis par intersection entre la carte de typologie et la carte des cantons, une carte de répartition de la production potentielle de paille en Poitou-Charentes en fonction des possibilités d’exploitation. On constate par transparence que les zones de couleurs ne se superposent pas avec les limites de cantons. Au sein de chaque canton il est possible d’avoir plusieurs types de sols différents.
Cette carte a été obtenue en retranchant à la production potentielle présentée en tout début de rapport, la quantité de paille qui doit rester sur la parcelle pour maintenir la teneur en matière organique du sol. On a mis côte à côte les deux cartes de production potentielle avant considération des fréquences d’exportation et après.
Ainsi, sur les zones initialement en vert, on ne constate pas de modifications entre les deux cartes selon la typologie, car nous avons considéré que l’exportation tous les ans y était possible est autorisée. Sur les zones en jaune, on a soustrait les deux tiers des pailles initialement présentes. Comme prévu, les cantons correspondant à des zones en majorité rouges sur la typologie, sont les plus claires sur la carte de production potentielle car aucune exportation n’y est globalement possible. On obtient finalement, par les calculs statistiques de Arc gis, une quantité potentiellement exportable sur la région de 920 000 tonnes de pailles, au lieu de notre 1,56 million de tonnes initial. Ces résultats sont à exploiter à l’aune des caractéristiques de fonctionnement des structures de valorisation, en 3.2..
2.1.2.
Contraintes organisationnelles et techniques d’enfouissement des paillesLes pailles peuvent poser problème dans les sols argilo-calcaires peu profonds car elles n’y évoluent pas rapidement, du fait de la faible quantité de terre fine et de la grande proportion de cailloux (création de sol « creux »). L’utilisation d’un broyeur de pailles sous moissonneuse-batteuse permet un meilleur mélange des pailles avec la terre.
Dans le cas du semis direct, une grande quantité de pailles en surface peut gêner le bon contact de la graine avec la terre et la germination. Deux solutions à cela peuvent être envisagées une augmentation du travail du sol et un meilleur mélange des pailles, et du sol, ou alors un semis plus en profondeur, sous la paille en surface. En saison sèche, où la pratique de non-labour est conseillée, pour que la paille soit bien répartie en surface, il est conseillé d’effectuer un ou deux déchaumages, puis un semis avec un semoir à herse-rotative. Les moissonneuses équipées d’un éparpilleur de menues pailles assurent une bonne répartition.
Ces facteurs naturels favorisent l’exportation des pailles, tandis que d’un point de vue économique et organisationnel pour l’agriculteur, le coût de ramassage doit être pris en compte.
La mise en place d’une filière nécessite-t-elle l’achat de nouveaux équipements pour
2.2. Au niveau du territoire et de la filière
2.2.1.
Le marché opaque de la pailleL’année 2007 a été marquée par une pénurie de pailles due à différents facteurs : _ les moissons ont été tardives, et particulières en raison de la grande pluviométrie en été,
_ la demande en pailles a été égale par rapport aux autres années, mais l’offre était plus faible que d’habitude. Les agriculteurs avaient déjà enfoui leurs pailles ou plutôt simplement broyé les pailles derrière la moissonneuse-batteuse au moment de la moisson en l’absence de contractualisation à ce moment précis….
Une filière « pailles » en tant que telle n’existe pas dans la région : il n’y a ni gros opérateurs, ni contrats avec l’extérieur. Seules des « bribes » de filière existent, organisées par des habitudes entre fournisseurs et clients. Ceci rend donc difficile la quantification des volumes de paille exportés et utilisés localement.
Dans les Deux-Sèvres, une partie importante des pailles de céréales est ramassée annuellement, du fait des besoins des éleveurs du département. Les cannes de maïs, et les pailles de colza, tournesol et luzerne (porte-graines) sont normalement laissées sur place. Or en raison de la pénurie de 2007, elles ont été récoltées comme substituts aux pailles de céréales.
Le marché de la paille est local, régional, et est donc régulé par l’état de l’offre et la demande. Les prix peuvent aller du simple au double : la paille en andain peut coûter de 7-8 à 20€ par tonne selon les années. Le prix de la mise en ballots de 300 à 500kg varie peu car dépend du prix du fioul et de la ficelle. Le prix des ballots varie donc entre 50 et 100€ par tonne.
La non-existence d’une filière pailles en tant que telle s’explique par le fait que c’est un marché peu sûr : la récolte, au mois de juillet, peut être variable, et les besoins des clients aussi. Il semble donc difficile de se consacrer uniquement à la vente de pailles. Ainsi, après l’année 2003, marquée par une bonne récolte en pailles, les années 2004, 2005 et 2006 ont été mauvaises. C’est la vente de foin et/ou une autre activité qui a permis aux marchands de pailles de gagner un revenu suffisant et de maintenir cette activité.
Un agriculteur peut donc s’improviser vendeur de pailles pendant les bonnes années, selon les opportunités. Le Poitou-Charentes étant une région très agricole, les relations entre vendeur occasionnel et acheteur sont faciles car spatialement proches.
Chez les entrepreneurs, les types de pailles sont différenciés car peuvent avoir des usages bien distincts. Les pailles de blé sont plutôt destinées à la litière et l’alimentation des animaux. Les pailles d’orge ne sont pas recommandées en litière car elles favorisent la prolifération de champignons,. Cependant, il n’y a pas de différence de prix entre ces types de pailles.
Ces caractéristiques d’organisation du marché de la paille sont-elles propres à la
région ?
Quelle influence les prix de la paille et de l’énergie en général auront-ils sur le
développement de la filière paille-énergie, et des filières biomasse énergie ?
Les besoins des éleveurs seront-ils subordonnés si les développeurs de la filière la
paille-énergie offrent des prix plus intéressants ?
2.2.2.
L’importance de l’élevageIl existe beaucoup d’élevages, en Poitou-Charentes en général, en Deux-Sèvres en particulier. C’est pourquoi la paille est un produit recherché. La situation entre les volumes de paille disponibles et les besoins pour les élevages est à l’équilibre. La paille de Poitou-Charentes est aussi habituellement exportée vers les régions d’élevage telles que les départements limitrophes de la région Poitou-Charentes (Pays de Loire, Centre), le Massif Central, la Bretagne, la Normandie et même les Pyrénées.
Localisation du gisement potentiel, au regard de la qualité des sols et de la localisation de l’élevageOn reprend la carte du gisement potentiel de pailles en fonction des fréquences d’exportation possibles, que l’on place au regard de la localisation de l’élevage dans la région. On a utilisé les données cantonales des PMTVA (Prime au Maintien du Troupeau de Vaches Allaitantes) mises à notre disposition par la DRAF du Poitou-Charentes.
Il aurait été bon d’avoir des données de nombre de vaches laitières et/ou de nombre de brebis sur le territoire mais nous n’avons pas pu nous les procurer.
Ceci nous permet tout de même de visualiser qualitativement les zones où des conflits d’usages des pailles sont susceptibles d’exister entre l’intérêt agronomique du maintien de la teneur en matière organique, et l’usage par les élevages. On fait alors l’hypothèse que ces zones seront des zones de moindre disponibilité pour une éventuelle valorisation énergétique, et ce d’autant plus qu’on ne prend pas en compte les exportations hors région sur la carte, et les variations d’assolements.
Discussion
Résultats
L’élevage, au moins allaitant est réparti de façon plutôt homogène sur le territoire régional, avec des concentrations plus importantes dans les Deux-Sèvres, au sud de la Vienne et au nord de la Charente. Ce sont globalement des zones de faible production potentielle de pailles si l’on respecte les fréquences d’exportation, les sols y sont pauvres en matières organiques.
Les éleveurs sont donc susceptibles de s’approvisionner en pailles dans les cantons à forte production potentielle : nord de la Charente-Maritime, et de la Charente, sud des Deux-Sèvres, et ouest de la Vienne.
La baisse du nombre d’exploitations d’élevage au profit d’exploitations céréalières, ou auto-suffisantes en pailles dans le cas du maintien d’un cheptel, permettrait de dégager un certain volume de pailles pour la valorisation énergétique. Ce facteur peut être déterminant pour la suite, et ne doit pas être mis de côté.
Quelles sont les perspectives d’évolution pour les exploitations d’élevage, par rapport
aux exploitations céréalières?
Quelles conséquences peut-on imaginer sur la production de pailles et l’organisation
3. Quelles perspectives de valorisation de la paille en énergie ?
La paille est une matière première qui se prête à de très nombreuses valorisations à la fois dans le domaine des biomatériaux et de la bioénergie. De nombreuses filières énergétiques sont envisageables (production de chaleur, d’électricité, voire de biocarburants par voie biologique ou thermochimique). Nous considérerons les filières de la méthanisation, de la combustion.
3.1. Contraintes présentées par les structures de valorisation énergétique
3.1.1. La MéthanisationLa méthanisation est un procédé biologique permettant de valoriser des matières organiques en produisant une énergie renouvelable, le biogaz, et un digestat utilisé comme fertilisant.
Les substrats utilisables dans une installation de méthanisation sont :
les déjections animales, notamment les lisiers liquides qui permettent de diluer les autres substrats,
les résidus de cultures (pailles, fanes, tourteaux, pulpes) à haute teneur en carbone et facilement assimilables dans le digesteur,
les cultures (maïs ensilage, betterave…) mais il est nécessaire d’étudier les coûts engendrés par ces cultures par rapport aux bénéfices réalisés au travers de la méthanisation,
les co-substrats (hors exploitation), en provenance d’industries agro-alimentaires, de collectivités…
Cependant, ce système de valorisation énergétique paraît très intéressant pour la région Poitou-Charentes, dans le sens où elle dispose à la fois des résidus de cultures et d’effluents d’élevages. Selon Solagro, la méthanisation « permet donc de mobiliser la totalité de la biomasse disponible sans diminuer la teneur en matière organique des sols ».
On peut tout de même se poser la question de la qualité agronomique de ce digestat. En effet, Solagro estime que le digestat est réimporté sous une forme « agronomiquement améliorée ».
Le digestat présente-t-il les mêmes qualités que les pailles enfouies, ou du fumier en terme de valeurs fertilisante et amendante pour le sol?
Après avoir été digéré pendant 30 à 40 jours dans des conditions mésophiles (38°C), la teneur en germes pathogènes, ainsi qu’en graines d’adventices qui peuvent être présentes dans les déjections, est réduite. La valeur amendante est conservée, car la fraction ligneuse qui contribue à la formation de l’humus n’est pas attaquée.
La valeur fertilisante est améliorée. Les teneurs en N, P, K ne changent pas, mais l’azote initialement présent sous forme organique se retrouve majoritairement sous forme ammoniacale qui est plus facilement assimilable par les cultures, mais qui est également plus volatile. Cette transformation a donc des conséquences sur les modalités de stockage (couverture de la fosse) et sur les modalités d’épandage.
Là où les pailles présentaient l’intérêt de garder les éléments nutritifs sous des formes organiques se minéralisant plus lentement et donc protégés du lessivage lors de la saison pluvieuse, le digestat nécessite un épandage avec enfouissement au printemps, d’autant plus que sa texture est encore plus fluide que du lisier non traité la matière en suspension y est plus fine d’où un digestat très homogène et facile à épandre.
Quelle est la faisabilité technique du retour du digestat au champ (temps de travail, matériel, organisation…) ?
Dans le cas où les pailles ne seraient pas directement enfouies par l’agriculteur, la question de l’organisation de la filière paille-énergie par méthanisation se pose en termes de temps et d’organisation pour exporter les pailles du champ, les amener jusqu’à l’installation de méthanisation, et les ramener sous forme de digestat sur la parcelle au bout de 30 à 40 jours.
Si les pailles sont récoltées après la moisson, où le sol a moins de probabilité d’être gorgé d’eau, la venue sur la parcelle ne pose pas de problèmes. Le digestat, en raison de ses caractéristiques évoquées ci-dessus, doit être enfoui au printemps, pour éviter les risques de ruissellement . L’épandeur doit donc pouvoir entrer dans la parcelle.
La paille peut être brûlée en chaudière spéciale, mais sa combustion provoque la formation de mâchefers et de cendres qu’il faut gérer.
Une valorisation des cendres issues de combustion de pailles est-elle possible afin de
compenser les pertes des sols en éléments minéraux en cas d’exportation ?
Si oui, avec quel matériel ?
Quel devenir pour les mâchefers de combustion de pailles?
3.2. Estimation de la quantité de pailles disponible pour une valorisation
énergétique
A partir de l’estimation de la quantité de pailles exportables obtenue en 2.1.1., et de l’estimation par Arvalis des besoins pour l’élevage et des exports hors région, on peut estimer la quantité de pailles restantes pour une éventuelle valorisation énergétique :
TOTAL Région
POTENTIEL (si maintien du % MO du sol) (t/an) 920 000*** BESOINS en paille pour l'élevage (t/an) 910 000* EXPORTS HORS REGION (t/an) 183 330*
PAILLES RESTANTES (pour une valorisation énergétique ?) (t/an) -173 330
*Selon l’étude Arvalis- FRCA P-C ***Selon notre calcul
On fait la même chose à partir des estimations de Solagro :
TOTAL Région
POTENTIEL (si maintien du % MO du sol) (t/an) 920 000*** BESOINS en paille pour l'élevage (t/an) 585 000** EXPORTS HORS REGION (t/an) 175 000**
PAILLES RESTANTES (pour une valorisation énergétique ?) (t/an) 160 000
**Selon l’étude Solagro ***Selon notre calcul
Discussion sur les résultats
On constate alors que la quantité de pailles restantes est négative, si on respecte les fréquences d’exportation telles que fixées dans nos hypothèses, et si on maintient les ventes de pailles hors région, tout en conservant une quantité suffisante intra-région pour subvenir aux besoins des éleveurs du Poitou-Charentes, selon l’étude d’Arvalis.
Selon Solagro, par contre, le solde reste positif, avec 160 000 tonnes de pailles.
- Cependant, la question de l’exportation des pailles et de leur restitution au sol sous forme de digestat, après passage par le process de méthanisation, peut moduler ce résultat. En effet, si les pailles censées rester sur la parcelle pour participer au maintien de la teneur en matière organique du sol sont exportées, puis restituées sous forme de digestat de méthanisation, la quantité effectivement disponible pour une valorisation énergétique est plus importante. Si on émet l’hypothèse peu réaliste que la valorisation énergétique des pailles se fait uniquement par méthanisation, la quantité de paille disponible sera égale à celle que l’on avait initialement après soustraction des besoins des élevages et de l’export.
- Une autre technique de valorisation telle que la combustion semble par contre impossible dans les conditions du premier tableau, du fait de la quantité négative restante, à moins de ne sacrifier l’usage énergétique aux besoins des élevages ou au maintien de la teneur du sol en MO. Dans les conditions du deuxième tableau (Solagro), on disposerait de 160 000 tonnes de pailles pour la combustion par exemple.
- SOLAGRO, dans la synthèse de son étude, a estimé à 847 000 tonnes la quantité de pailles disponibles pour une valorisation énergétique, dont 272 000 seraient combustibles (et donc
forme de digestat de méthanisation, et donc contrer le potentiel appauvrissement en MO du sol. C’est pourquoi SOLAGRO a considéré la possibilité d’exporter toutes les pailles lors d’une année, dans l’hypothèse où il serait techniquement possible de ramener le digestat de méthanisation sur la parcelle.
Dans notre cas, ces 575 000 tonnes « digestibles » peuvent être assimilables aux pailles que l’on n’a pas exportées suite à la mise en place de notre typologie. Cette quantité est calculable et égale, selon nos calculs précédents à :
1 560 000 -920 000 = 640 000 tonnes, possiblement valorisable en méthaniseur.
La faisabilité technique du retour du digestat à la parcelle a donc une grande importance si l’on veut disposer de ces volumes de pailles en respectant nos critères agronomiques.
Dans le même sens, il faut distinguer les agriculteurs qui exportent effectivement leurs pailles hors de leur exploitation et ceux qui utilisent leurs pailles pour de la litière et dans ce cas retournent ces pailles sur leurs parcelles sous forme de fumier. C'est une question à approfondir sur l'autosuffisance des exploitations en paille.
Quel est l’équilibre de retour au sol des pailles sous forme de fumier entre si un
agriculteur céréalier vend sa paille à un éleveur ?
Les exploitations de polyculture-élevage sont-elles autosuffisantes en pailles ?
3.3. Les projets de valorisation en cours en Poitou-Charentes
Pour obtenir la meilleure allocation économique de ce co-produit, des modalités d’incitation claires doivent être proposées aux investisseurs. Elles peuvent être comparables à celles dont bénéficie le bois ou fondées sur les valorisations du CO2 évité. La réalisation d’analyses de cycle de vie par filière
est indispensable pour pouvoir "monétariser" cette externalité positive. Tant que cette politique d’incitation n’est pas définie, il est prématuré et risqué de faire des choix en matière de valorisations non alimentaires des pailles.
3.3.1. Méthanisation
Les installations de méthanisation sont encore peu développée dans la région. Actuellement, d’après M. Bertoncini du service énergie du Conseil Régional de Poitou-Charentes, 12 projets d’unités de méthanisation sont en cours, sans certitude d’aboutissement. Ces projets seraient à utilisation semi-collective, pour assurer des apports suffisants de substrats.
3.3.2. Chaudières
Certains agriculteurs possèdent des chaudières à paille, en autoconsommation,
Le prix des céréales est élevé, certes, mais la vente de la paille présentait surtout un intérêt en période de prix bas des céréales pour augmenter le chiffre d’affaires réalisé par hectare !
L’horticulteur Dever à Saint-Rogatien a un projet d’utilisation de ce système pour chauffer 3 ha de serre, avec un approvisionnement de 1200 à 1800t/an pour mi-2008, en coopération avec des producteurs de la zone (approvisionnement garanti).
Certains viticulteurs de Charente seraient intéressés par de la paille en complément des sarments qu’ils utilisent dans leurs chaudières. Ils recherchent actuellement des gisements potentiels vers Cognac.
3.3.3. Cogénération
Contexte général
Ces projets d’installation d’unités de cogénération font réponse à l’appel d’offre national du Ministère de l’Industrie de produire par cogénération 300Mwatt à partir de biomasse. La réponse à cet appel d’offre se fait d’abord par le dépôt d’un plan d’approvisionnement en biomasse au préfet de région, puis par le remise d’un dossier complet. Ce dossier est étudié par la CRE (Commission de Régulation de l’Energie) qui donne son avis sur le projet dans un délai de 6 mois. A partir de là, le Ministère de l’Industrie donne sa décision dans un délai de 2 mois (= fin mars). Sachant qu’au total, le nombre de projets déposés correspond à une quantité d’électricité de 600Mwatt, il est attendu qu’un projet sur deux soit rejeté.
Dans le cadre de cet appel d’offre, il faut que le rendement en électricité soit d’au moins 50%, et que la chaleur soit réutilisée.
L‘entreprise productrice d’électricité qui souhaite répondre à cet appel d’offre peut confier l’étude, la partie technique et la prospection des entreprises susceptibles de racheter la chaleur à un bureau d’étude.
Les types de contrats entre organisations en charge de l’approvisionnement en paille (les négociants agricoles et/ou les coopératives, les entrepreneurs ruraux…) et les installations de cogénération ne peuvent être finalisés avant la décision définitive de CRE2.
Des éléments contractuels ont été élaborés marquant la volonté des organismes stockeurs – négociants et coopératives – qui s’est traduite, en particulier, par une lettre d’intention d’approvisionnement en combustible Biomasse pour certaines usines…
Les projets en attente d’accord A) Dans les Deux-Sèvres
A Melle avec l’usine Danisco (ex-usine Rhodia) : installation de cogénération pour 70 000t de paille par EDF Energies Renouvelables, en collaboration avec la coopérative Sévre et Belle.
=> projet non abouti en raison des problèmes d’approvisionnement de biomasse qu’il pouvait poser. A Champdeniers St Denis, à la laiterie ULDS : projet de cogénération pour 70 000 t de paille (mais devrait en nécessiter moins grâce à des cultures dédiées). L’ approvisionnement en paille devrait être assuré par la CAVAC. L’étude pour ce projet a été effectuée par le bureau d’étude Ecotherm, basé à Nantes, pour l’investisseur et producteur d’électricité, Voltalia. Le plan d’approvisionnement a été déposé le 9 avril 2007, et le dossier complet le 9 août 2007.
B) Dans la Vienne
Un petit projet de cogénération pour 10 000 t de paille sur le CHU + urbain, mais n’est pas censé déboucher (actuellement installation de cogénération au gaz de ville). Un autre projet dans le département mais sur lequel il existe peu d’informations
Il y a également d’autres petits projets de chauffage par cogénération pour 3 à 4000t de paille.
Un projet d’unité de cogénération a été déposé par Powéo. La chaleur devrait être rachetée par l’usine de Bonilait Protéines, à Chasseneuil-du-Poitou.
C) Proche région
A Bassens, au nord de Bordeaux, sur l’unité Saipol-Diester. Projet conduit par Elyo, la filiale énergie de Suez.
Projet de cogénération 60% paille, 40% autre, pour 100 000 t de paille venant de Charente-Maritime, de Charente et un peu des Deux-Sèvres… . Représente un handicap de par la distance à parcourir (100 à 130 km). Les cannes de maïs et les plaquettes bois ont été suggérées comme sources autres de matières, car il y a peu de céréales à paille dans la zone. L’installation a une contrainte de 55% minimum de paille. Dans les projets nécessitant 70000-100000t (de paille ?), il est judicieux de multiplier les sources potentielles de matières organiques pour ne pas être bloqué en cas de pénurie d’une source, et pour profiter d’opportunités (ex : bois après la tempête de 1999).
Partie 2 : étude de la valorisation énergétique des sarments
de vigne
Le Poitou-Charentes est une région où l’activité viticole est importante avec la production de vin AOC comme le Cognac par exemple. La surface en vigne est donc significative sur la région et, comme nous allons le voir par la suite, se situe plutôt au Sud de la région (départements de Charente et de Charente-Maritime).
Dans ces deux départements, la production annuelle de bois de vigne (sarments) est non négligeable. La question de la valorisation énergétique de ces sarments peut donc être posée, d’autant plus que la filière bois – énergie est bien développée sur la région.
Nous allons quantifier la production de sarments par an et voir les questions et les limites de cette valorisation énergétique.
Pour quantifier la production, nous nous sommes appuyé sur des données de la DRAF et avons estimé le rendement grâce aux entretiens que nous avons eus avec des spécialistes de la
Nous avons également cherché à savoir s’il y avait des projets de valorisation des sarments en Poitou-Charentes et avons alors contacté les responsables « énergie » et « vigne » des chambres d’agriculture. Ces derniers nous ont présenté certaines limites à l’utilisation des sarments. Nous avons alors développé ces questions par une recherche bibliographique et des entretiens avec des spécialistes (INRA, ADEME…).
1. Situation de la filière sarments actuellement en Poitou-Charentes
1.1. Localisation du gisement potentiel
Pour obtenir cette carte des superficie en vigne, nous avons utilisé les données statistiques fournies par la DRAF (données de 2006). Elle a été faite sous le logiciel ArcGis.
Cette carte confirme la localisation de la vigne en Charente et en Charente-Maritime même s'il y a une petite production au Nord de la région. Les plus grandes exploitations viticoles se retrouvent donc au Sud du Poitou-Charentes. C’est donc dans cette région que vont se situer les productions de biomasse pour ce qui est des sarments de vigne et donc les possibles valorisations.
1.2. Estimation de la quantité de sarments produite
1.2.1. a) superficie en vigneCharente
Charente-Maritime
Deux-Sèvres Vienne
Poitou-Charentes
Superficie en
vigne (ha)
41 325
41 787
1 097
2 052
86 261
Source: DRAF, 2006
Les principaux départements de sarments de vigne sont donc la Charente et la Charente-Maritime.
1.2.2. rendements en sarments par hectare
Selon les personnes contactées, les estimations de production de biomasse par pieds de vigne et du nombre de pieds par hectare varient. Il est donc difficile de prendre une seule valeur de rendement, nous faisons alors dans cette étude une estimation basse et une estimation haute de la production de biomasse par les sarments en Poitou-Charentes.
Estimation minimale
Estimation maximale
Poids des sarments (g)
700
1000
Nb de pieds par ha
(1)2700 3000
Production biomasse par hectare (kg)
(2)1890 3000
Production biomasse Charente (tonne)
78104,25
123975
Production biomasse Charente-Maritime
(tonne)
78977,43 125361
Production biomasse Deux-Sèvre (tonne)
2073,33
3291
Production biomasse Vienne (tonne)
3878,28
6156
Production totale Poitou-Charentes (tonne)
163033,29
258783
(1)
MB : matière brute
(2)
estimation à partir des entretiens : nombre de pieds par hectare compris entre 2700 et 3000
(3)
ces rendements sont plausibles : d’après la bibliographie et les entretiens, les rendements vont de 3t/ha à 3.5t/ha (Champagne)
La production de biomasse par les sarments est donc comprise en Poitou-Charentes entre 160000 et 260000 tonnes de matière brute. Nous voyons donc qu’il est difficile d’avoir une estimation précise de la production de sarments en Poitou-Charentes. Il pourrait alors être intéressant d’affiner l’estimation du rendement. Il serait également intéressant de prendre en compte la nature des sols qui peut influer sur la vigueur de la vigne.
1.2.3. comparaison avec les données de Solagro
Les données de SOLAGRO sont les suivantes : 1) surface en vigne : 100000 ha
2) rendement à l’hectare : 1.2 tMS/ha
3) production de biomasse : 93000 t de matière organique (nous n’avons aucune hypothèse concernant l’équivalence entre matière sèche et matière organique prise par Solagro)
La production de biomasse estimée par Solagro est de 120000 tonnes de matière sèche. En prenant un rapport en matière sèche de 50% dans les sarments, nous obtenons une production de biomasse comprise entre 80000 et 130000 tonnes.
L’estimation de Solagro correspond plutôt à notre estimation haute. Cela vient essentiellement du fait que la surface en vigne qu’il considère est supérieure à la nôtre (86000ha) car leur rendement en matière sèche est compris dans notre intervalle de rendement (945 à 1500 kg MS).
Nous ne pouvons expliquer leur conversion en matière organique n’ayant pas leur hypothèse de calcul.
1.3. Destination de cette biomasse
En règle générale, les sarments de vignes sont broyés sur place, sur la parcelle, que ce soit en Poitou-Charentes ou dans les autres régions. Ceci peut être expliqué par plusieurs raisons :
- Peu de sarments sont sortis de la parcelle car cela représente un coût et un investissement importants (broyeur, récupérateur…).
- il existe des raisons organisationnelles. Par exemple, en Poitou-Charentes, le vignoble est de faible densité et l’espace entre les rangs est grand, cela permet un broyage sur place facile.
- le broyage des sarments sur place permet une restitution du carbone au sol et contribue à l’entretien de sa matière organique et de sa la stabilité. C’est, dans la plupart des cas, la seule source de matière organique : les autres sources sont rares (marc de raisin) et difficiles à apporter car elles nécessitent du matériel spécifique.
- il semble que cette pratique puisse également contribuer à la fertilisation de la vigne, même si celle-ci n'a pas besoin d'une fertilisation importante.
Cependant, une question subsiste concernant cette technique. En effet, il existe des maladies du bois de la vigne (plusieurs champignons, excoriose par exemple) et les sarments pourraient contribuer au développement de certaines d’entre elles. Certains veulent donc valoriser les sarments du fait de ces maladies car l'export des sarments permettraient de diminuer le risque. Par rapport à ce problème de maladie, certains chercheurs préconisent le compostage.
Certains viticulteurs brûlent les sarments en bout de parcelle. Cette pratique ne semble pas être idéale : la combustion posera les problèmes dus à des Eléments Trace Métalliques (ETM) (sur lesquels nous reviendrons), mais aussi, du fait que c’est une mauvaise combustion, elle générera sans doute des polluants (imbrûlés gazeux, CO…) qui auront un impact sur la santé humaine et l’environnement. Il y a donc actuellement peu de viticulteurs qui valorisent cette production de biomasse en énergie, même si, selon certains conseillers, il peut exister quelques chaudières individuelles en Poitou-Charentes et en Champagne. Cette valorisation énergétique peut avoir des avantages autres qu’énergétique mais nous voyons d’ores et déjà qu’elle pose des questions notamment en ce qui concerne les apports en matières organiques et la fertilisation.
2. Les possibilités de réorientation vers une filière énergétique : les freins et
leviers et les questions posées
2.1. Valorisation énergétique
La valorisation énergétique des sarments peut se faire de différentes manières : par combustion (chaudière) ou par pyrolyse avec production de biogaz. La méthanisation ne semble pas être développée et envisagée pour les sarments, car le bois n’est pas décomposé dans le process.
Concernant la combustion, la demande et donc le nombre de chaudières à bois sont en augmentation. La demande en plaquette de bois est donc également en augmentation alors que l’offre reste limitée. Il faudra donc trouver d’autres ressources que les haies et le bois. Les sarments sont donc à considérer en tant que nouvelle ressource de matière première, d’autant plus que leur pouvoir calorifique inférieur (PCI) est supérieur à celui du bois (3.8 à 4.6 kWh/kg). Leur nature fibreuse peut néanmoins poser des problèmes pour une utilisation en chaudière à bois automatique.
Etude de la faisabilité de l'utilisation énergétique des sarments : cas de la combustion en chaudière : Pour évaluer ce qui est nécessaire pour fournir une chaudière collective pendant un an, nous nous basons sur un certain nombre d’hypothèses :
- 1 m3 de bois = 1,5 m3 de plaquette
- 200 kg de bois de sarments = 1 m3 de bois
- les besoins d’une chaudière collective représentent en moyenne 300 m3 de plaquette à l’année
Ainsi, les rendements en m3/ha de bois sont : 6 pour l’estimation minimale et 15 pour l’estimation maximale. Ceci représente alors respectivement 9 et 22,5 m3 de plaquettes.
Pour fournir une chaudière collective, il est donc nécessaire de récolter les sarments de respectivement 33 et 13 hectares.
Sachant que les deux départements du Sud de la région représentent 80000 hectares de vignes, il semble envisageable, d’un point de vue purement quantitatif de valoriser les sarments à des fins énergétiques.
Il reste à soumettre ce calcul aux limites de l’utilisation des sarments en chaudières. En effet, il existe certains freins au développement de cette valorisation.
2.2. freins au niveau de l'exploitation
2.2.1. intérêts agronomiques des sarments
Le broyage des sarments sur la parcelle a plusieurs rôles d’un point de vue agronomique : cela permet un apport de matière organique (MO) et cela permet une fertilisation minérale des sols. Apport de MO :
Selon les différents techniciens contactés, le principal rôle des sarments correspond à un apport de MO au sol entraînant une stabilisation du sol par un renforcement de sa structure.
Ainsi, le rôle des sarments est différent selon les sols. Sur certains sols, comme les sols argilo-calcaires, l’export des sarments ne devrait pas avoir de conséquences néfastes. En revanche, sur des sols sableux, l’export des sarments peut être préjudiciable.
Cependant, sur tous les sols, les conséquences de l’export des sarments ne seront pas visibles immédiatement puisque la décomposition se fait sur plusieurs années, elles seront visibles sur le long terme (10 ans).
Il est donc recommandé de compenser l’export de MO. D'après certains techniciens, l’export des sarments correspond à 500 kg de MO par an et par hectare qu’il faut compenser. La compensation, selon les sols, peut se faire par un apport de fumier.
Apport de fertilisant :
La fertilisation correspond essentiellement à la fertilisation azotée car la vigne a peu de besoins en phosphore.
Selon les sources, il faudrait compenser l’export des sarments par un apport de 15 à 60 unités d’azote par hectare et par an.
Pour les autres éléments, il faudrait apporter entre 10 et 20 kg de phosphore (P2O5), entre 30 et 80 kg de potasse (K2O).
2.2.2. contraintes organisationnelles
Si la valorisation énergétique des sarments de vigne engendre une adaptation technique de la part de l’agriculteur, elle peut surtout poser des problèmes sur le plan de l’organisation du travail et de l’investissement.
En effet, il existe plusieurs engins pour récupérer les sarments, comme des broyeurs-récupérateurs (SIDIVI) ou encore des botteleuses. Un certain nombre d’entreprises ont développé de tels engins. En revanche, la récupération des sarments de vigne nécessite plus de travail et n’est donc pas toujours facile à mettre en place. L’investissement dans les engins peut être conséquent et limiter ainsi les projets.
2.3. freins au niveau du territoire et de la filière
2.3.1. contraintes organisationnellesd’avoir un approvisionnement régulier (au moins d’une année sur l’autre), ce qui peut se faire par des contrats. Il est donc nécessaire de voir comment peuvent être envisagés ces contrats. Il faut aussi prendre en considération que la production de sarments reste ponctuelle et qu'il peut y avoir des questions de stockage.
2.3.2. nocivité des sarments et pollution
La nocivité des sarments de vigne ne fait pas l’unanimité des personnes que nous avons contactées. Nous avons cherché à approfondir cette question pour avoir une vision objective mais n'avons trouvé aucune étude traitant de cela. Il semble qu’une analyse des sarments de vigne soit nécessaire pour conclure sur la question.
Certaines personnes ont soulevé le fait qu’il pouvait y avoir des teneurs en arsenic et en cuivre importantes dans les sarments de vigne. D’autres nous ont fait remarqué que cela pouvait être également le cas concernant les produits phytosanitaires.
Cette question est importante car cela peut avoir des conséquences sur l’utilisation énergétique ou non des sarments de vigne, et des conséquences sur les filières : les sarments sont considérés comme des déchets si leur teneur en métaux lourds est supérieure à un certain seuil. Cette question conditionne donc la valorisation des sarments.
Arsenic et métaux lourds :
Plusieurs personnes nous ont donc fait part de leurs inquiétudes concernant des taux d’arsenic qui seraient trop élevés dans les sarments.
Cependant, d’autres personnes ne comprennent pas pourquoi il peut y avoir des problèmes :
- l’arsenic était utilisé pour la protection de la vigne contre les maladies du bois jusqu’en 2001 et ces traitements sont maintenant interdits. Les sarments correspondent au bois de l’année, il devrait alors y avoir peu de risques de trouver de l’arsenic dans les sarments.
- à l’époque où l’on utilisait l’arsenic, on pouvait avoir des problèmes dans les bois pluriannuels mais pas dans les sarments car le traitement à l’arsenic correspondait à une protection de la vigne après la taille et donc ne pouvait se retrouver dans les bois de l’année. Le problème le plus important pour l’arsenic et les métaux lourds serait alors dans les pieds de vigne.
En Champagne, il n’y a pas de problème lié à l’arsenic, mais ce n’était pas une région très utilisatrice d’arsenic.
Concernant cet aspect, pour répondre aux interrogations, il peut être intéressant de faire plusieurs études pour :
- connaître les quantités d’arsenic présentes dans les sols (car certains produits peuvent être accumulés dans les sols et il faudrait voir si c’est le cas de l’arsenic)
- Etudier le mécanisme d’assimilation par la vigne (sachant que les végétaux assimilent l’arsenic : des techniques de dépollution des sols sont d’ailleurs mise en place à partir de ce principe, synthèse BRGM)
- connaître les quantités d’arsenic dans les sarments de vigne
Une étude a d’ailleurs été faite par Valagro début 2007 mais seulement sur un seul échantillon ce qui ne permet pas de conclure sur la question. L’échantillon présentait des teneurs en arsenic inférieures à une norme allemande (moins de 0,5 mg d’arsenic par kg pour une norme à 0,8).
En France, il n’y a, a priori, pas de norme concernant les teneurs en arsenic et en métaux lourds. Cuivre et produits phytosanitaires :
De même que pour l’arsenic, les réponses concernant les problèmes de cuivre et de produits phytosanitaires présentent des divergences : si pour certains, c’est un problème (les produits phytosanitaires sont par exemple une thématique importante en Champagne), cela ne l’est pas pour d’autres : la plupart des producteurs appliquent depuis de nombreuses années des chartes de production visant à réduire au minimum l’utilisation de ces produits.
La part du cuivre est faible et limitée : elle est généralement comprise entre 3000 et 6000g de cuivre métal par hectare et par an selon les cahiers des charges dans le Lubéron et le Vaucluse et entre 700 et 1500g en Champagne, qui n’est pas une grosse région utilisatrice de cuivre. De plus, le
